用時3.5秒、175兆比特、時長37秒的高清視頻，成功從(cong) 國際空間站傳(chuan) 送回地麵。美國航空航天局（NASA）近日宣布，此次利用激光通信技術，將高清視頻從(cong) 國際空間站傳(chuan) 回。這便是NASA的“激光通信科學光學載荷”實驗。此前美國曾從(cong) 月球探測器上向地麵進行過激光通信，地麵也完成過一次。NASA與(yu) 國際空間站的激光通信表明激光傳(chuan) 輸是可行的，此項技術的發展和成熟或將開啟人類的太空寬帶時代。

競逐激光通信領域

利用激光束作為(wei) 載體(ti) ，將數據信號調製到光載波上進行傳(chuan) 輸，這就是空間光通信，也稱激光無線通信或無線光通信。它包括了深空、同步軌道、低軌道、中軌道衛星間的光通信，也包括地麵站的光通信。

美國此次就是用極為(wei) 細小的激光束來傳(chuan) 輸數據。相較於(yu) 傳(chuan) 統的以電波為(wei) 載波的電波通訊，因為(wei) 光波的頻率是常規電波的數千倍，所以即使此次國際空間站到地麵距離達到了400公裏，卻隻耗時3.5秒，相當於(yu) 傳(chuan) 輸速率達到每秒50兆，倘若采用傳(chuan) 統技術下載，則需要耗費10多分鍾時間。

太空空間光通信被喻為(wei) 太空寬帶，是一種可能從(cong) 根本上改變太空通信的技術。有關(guan) 專(zhuan) 家指出，激光通信最大優(you) 勢，第一，在於(yu) 通信容量大、速率高。激光的頻率比微波射頻高3-4個(ge) 數量級，作為(wei) 通信的載波，具有更大的可用頻帶。第二，在於(yu) 它的功耗小。第三，激光通信的設備體(ti) 積小、重量輕，尤其適用於(yu) 衛星通信。第四是保密性好，可有效防止竊聽並提高抗幹擾能力。

正是由於(yu) 激光通信的眾(zhong) 多優(you) 勢，不少航天航空大國紛紛開展相關(guan) 研究。美國早在上世紀60年代中期就開始實施空間光通信方麵的研究計劃，著名的噴氣推進實驗室、林肯實驗室、貝爾實驗室等都加入其中。日本和歐洲空間局在80年代也開始了空間光通信研究。    我國衛星光通信研究起步較晚，但取得了迅速的進展，與(yu) 國外先進水平差距並不大。目前我國開展相關(guan) 研究的機構主要有哈爾濱工業(ye) 大學、電子科技大學、清華大學、北京大學等。在2012年3月，我國“海洋二號”衛星第一次搭載進行了中國首次星地激光通信實驗並取得圓滿成功，將衛星和地麵用激光鏈接起來，形成空間的信息高速公路。

突破“太空寬帶”瓶頸

這項看似能引爆通信界革命的激光通信技術其實也麵臨(lin) 著自身的發展瓶頸。

首先，大氣對激光通信信號有吸收和散射的作用，大氣湍流則嚴(yan) 重地影響到信號的接收。雖然激光通信不受電磁幹擾，但大氣中的氣體(ti) 分子、水霧、霾等與(yu) 激光波長相近的粒子會(hui) 引起光的吸收和散射，極大地妨礙、吸收光波的傳(chuan) 輸，就更不用說遇到強大氣湍流了。

其次，接收機和發射機之間的瞄準非常困難。空間光通信係統要完成遠距離衛星間光信號的發射與(yu) 接收，就必須進行遠距離衛星間或者空間站間目標的捕獲與(yu) 跟蹤，前者依賴於(yu) 激光通信係統，後者取決(jue) 於(yu) 光學跟瞄係統。激光目前隻能通過機械裝置進行定向，這對發射和接收設備的穩定性和精度提出了很高的要求。據NASA稱，由於(yu) 此次空地距離400公裏，加上運行時速高，這一任務“好似在9米開外，於(yu) 行走中始終用激光指針瞄準某根頭發的末梢”。不過從(cong) NASA空間站傳(chuan) 回的高清視頻結果來看，這個(ge) 難度大的關(guan) 鍵技術已經得到較好的解決(jue) 。

第三，發射天線和接收天線的效率都會(hui) 對空間光通信係統的接收光功率產(chan) 生重要影響。出於(yu) 獲取最小光斑的需求，發射天線可以設計成接近衍射極限，但同時給精確對準帶來了困難。為(wei) 了接收更多的能量信號，接收天線直徑越大越好，但這會(hui) 增加係統的體(ti) 積、重量和成本。提高接收靈敏度十分重要。

第四，遠距離傳(chuan) 輸問題也有待解決(jue) ，遠距離傳(chuan) 輸容易出現信號衰弱和延時等問題。此次激光通訊實驗空間站與(yu) 地麵距離隻有約400公裏，而通信衛星一般在3.6萬(wan) 公裏的軌道上。因此，激光通信的實用化，仍麵臨(lin) 挑戰。

變革人類通信係統

“太空寬帶”不僅(jin) 僅(jin) 在太空。從(cong) 世界航空航天大國對空間光通信技術的研究與(yu) 成果來看，此次空間站和地麵成功傳(chuan) 輸高清視頻說明了“太空寬帶”在不斷接近實用化。雖然最開始的空間光通信基本都是用於(yu) 軍(jun) 事目的，但從(cong) 發展趨勢來看，它具有巨大的民用市場。有專(zhuan) 家預測，未來很有可能形成立體(ti) 交叉光網，在外太空衛星和大氣層內(nei) 外形成高容量通信網，與(yu) 地麵的光纖網絡相鏈接，足以顛覆目前人類的通信係統。

或許正如成都信息工程學院王天寶教授介紹的那樣，美國航空航天局的目標是利用光無線通信技術，開發建立激光太空通信係統，以實現“太空—地球”的遠距、大數據通信。一旦建立激光太空互聯網，人類或將開啟至月球的快速可靠的數據連接網絡，甚至還可以連接至火星和更遙遠的星球。假如將來有在太空生活的人們(men) ，就可以利用激光太空通信係統與(yu) 地球人進行高清晰視頻聊天。

光纖通信網絡已經給我們(men) 的生活帶來了極大的不同。試想一下無線光通信會(hui) 給人們(men) 帶來何種互聯網體(ti) 驗。2002年哈爾濱工業(ye) 大學和美國OA公司建立了全麵戰略合作夥(huo) 伴關(guan) 係，將大氣中的自由空間激光通信（Free Space Optical，簡稱FSO）產(chan) 品投入生產(chan) 。早在1999年美國NASA就已經將星對地激光通信技術民用化，開發出5000米以內(nei) 的商業(ye) 化FSO激光通信鏈產(chan) 品。無線光通信將改變目前光纖通信材料和工程費用高的狀況，並能克服河流、湖泊、立交橋等阻礙光纖鋪設的問題，或者根本就不用耗時耗資鋪設光纖。它將改變平麵型通訊網絡的局麵，實現“三網合一”目標（電信網、廣播電視網和互聯網），組建三維通信網絡。

我們(men) 有理由對激光通信的未來保持充分信心。